meso-Zeaxanthin [(3R,3′S)-Zeaxanthin] ist ein Carotinoid der Xanthophyll-Klasse und stellt eines von drei Stereoisomeren des Zeaxanthins dar. Von diesen drei Stereoisomeren kommt meso-Zeaxanthin am zweithäufigsten in der Natur vor, nach (3R,3′R)-Zeaxanthin, welches von Pflanzen und Algen produziert wird. Bis heute wurde meso-Zeaxanthin in bestimmten Geweben von Meeresfischen nachgewiesen, aber auch im gelben Fleck (lateinisch: Macula lutea) der Netzhaut (Retina) des menschlichen Auges.
Vorkommen Carotinoide sind notwendig für das Leben von Tieren, aber Tiere können sie nicht selbst herstellen. Daher nehmen Tiere Carotinoide mit der Nahrung auf. Für Pflanzenfresser sind die Quellen pflanzliche und Algennahrung, für Fleischfresser dienen wiederum Pflanzenfresser als entsprechende Quelle.
Vorkommen in der Nahrung mini|links|Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) Es ist heute allgemeinen anerkannt, dass meso-Zeaxanthin nicht in Pflanzen selbst vorkommt, aber in Meeresfischen. Ursprünglich wurde angenommen, dass meso-Zeaxanthin nicht aus der Nahrung stamme und in der Makula (dem zentralen Teil der Retina) aus dem retinalen Lutein (einem anderen Xanthophyll in der menschlichen Ernährung) gebildet werden würde, aber diese Arbeit wurde inzwischen widerlegt. So haben Nolan u. a. (2013) gezeigt, dass meso-Zeaxanthin in der Haut von Forellen, Sardinen und Lachs und im Fleisch von Forellen vorkommt. Dies steht im Einklang mit der Arbeit von Maoka aus dem Jahr 1986. In einer weiteren Publikation von Nolan und Mitarbeitern wurden die drei Stereoisomere von Zeaxanthin im Fleisch von zwei Forellenarten quantifiziert. Dies war die erste Arbeit, die Menge von meso-Zeaxanthin in einem gewöhnlichen Nahrungsmittel untersuchte. So wurde berechnet, dass ein Mensch aus einer durchschnittlichen Regenbogenforelle (circa 200 g) 0,2 mg natürliches meso-Zeaxanthin aufnimmt. Überdies können auch Sardinen in Konserven als gewöhnliche Quelle für meso-Zeaxanthin beim Menschen angesehen werden, da diese Konserven einen signifikanten Anteil an Sardinenhaut enthalten. Bereits 2002 berichteten Khachick und Mitarbeiter, dass die Leber der Japanischen Wachtel (Coturnix japonica) und Frosch-Plasma meso-Zeaxanthin enthalten. Froschschenkel stellen eine relativ verbreitete Nahrung und Delikatesse in Frankreich dar. mini|3D-Struktur des meso-Zeaxanthins (Kalottenmodell) Es ist auch möglich, dass meso-Zeaxanthin aus anderen Carotinoiden entsteht, die mit der Nahrung aufgenommen werden, da Carotinoide dafür bekannt sind, dass sie für spezielle physiologische Funktionen ineinander umgewandelt werden. Zum Beispiel wurde vorgeschlagen, dass meso-Zeaxanthin in der Haut von Forellen aus Astaxanthin entsteht; und meso-Zeaxanthin im Gelben Fleck von Primaten zumindest zum Teil aus Lutein hergestellt wird.
Makula mini|Verteilung der einzelnen Carotinoide des Makulapigments, dargestellt als Mengenverhältnis relativ zum Abstand vom Zentrum, auf der Fotografie einer gesunden menschlichen RetinaDiese Abbildung stellt die Verteilung der makulären Pigmente in der gesunden menschlichen Retina dar: die Carotinoide meso-Zeaxanthin, Zeaxanthin und Lutein. Die Daten über die Lokalisierung der Carotinoide stammen aus folgenden Quellen: Publizierte Studien: R. A. Bone, J. T. Landrum, Z. Dixon, Y. Chen, C. M. Lerena: Lutein and zeaxanthin in the eyes, serum and diet of human subjects. In: Experimental Eye Research. 71, 2000, S. 239–245. J. M. Nolan, M. C. Akkali, J. Loughman, A. N. Howard, S. Beatty: Macular carotenoid supplementation in subjects with atypical spatial profiles of macular pigment. In: Exp Eye Res. 101, 2012, S. 9–15. S. Sabour-Pickett, S. Beatty, E. Connolly u. a.: Supplementation with three different macular carotenoid formulations in patients with early age-related macular degeneration. In: Retina. 34, 2014, S. 1757–1766. K. O. Akuffo, J. M. Nolan, A. N. Howard u. a.: Sustained supplementation and monitored response with differing carotenoid formulations in early age-related macular degeneration. In: Eye (Lond). 29, 2015, S. 902–912. Online-Quellen: G. Britton, S. Liaaen-Jensen, H. Pfander: Interpretation of Stereo Ocular Angiography: Retinal and Choroidal Anatomy. In: Springer Science and Business Media. 2009, S. 301. M. Yanoff: Ocular Pathology. Elsevier Health Sciences. 2009, S. 393. R. G. Small: The Clinical Handbook of Ophthalmology. CRC Press, 1994, S. 134. G. A. Peyman, S. A. Meffert, F. Chou, M. D. Conway: Vitreoretinal Surgical Techniques. CRC Press, 2000, S. 6. meso-Zeaxanthin, Lutein und (3R,3′R)-Zeaxanthin sind die häufigsten Carotinoide in der Macula lutea, die in einem Verhältnis von 1:1:1 vorkommen und zusammen als Makulapigment (MP) bezeichnet werden. meso-Zeaxanthin ist im Mittelpunkt der Makula konzentriert, wo es etwa 50 % des MP ausmacht, während Lutein in der peripheren Makula dominiert.
Geflügelprodukte Masthähnchen sind gelb, wenn sie mit Carotinoid-haltiger Nahrung gefüttert wurden, da die Carotinoide sich in der Haut und dem Unterhautfett der Tiere anreichern. Carotinoid-Einlagerung ist auch ein Grund für die gelbe Farbe des Eidotters. Aus diesem Grund fügen Geflügelproduzenten Carotinoide dem Futter hinzu, um die Attraktivität des Endprodukts für den Konsumenten zu erhöhen und die Gesundheit der Tiere zu unterstützen (typischerweise Lutein, Zeaxanthin, Canthaxanthin und 8′-Apo-β-caroten-8′-al). Es wird angenommen, dass Lutein und Zeaxanthin synergistisch den gelben Farbton verstärken, wobei Zeaxanthin durch seinen größeren Chromophor stärker wirkt als Lutein.M. D. Torres-Cardona, J. Torres-Quiroga: Process for the isomerization of lutein. Industrial Organica, S.A. de C.V., Monterrey, Mexico, US 1996. Deshalb nutzen einige Firmen einen Studentenblumen-Extrakt, in dem ein Teil des Luteins in Zeaxanthin umgewandelt wurde, um den Masthähnchen und Hennen beide Carotinoide zuzufüttern. Das Isomer des Zeaxanthins, das durch den Herstellungsprozess aus Lutein entsteht, ist durch die verwendete Technologie bedingt das meso-Zeaxanthin (siehe unten). Daher wurde meso-Zeaxanthin in Eiern aus Mexiko und Kalifornien nachgewiesen.
Eigenschaften und biologische Bedeutung Unter den drei makulären Carotinoiden (Lutein, Zeaxanthin und meso-Zeaxanthin) ist meso-Zeaxanthin das stärkste Antioxidans, jedoch zeigte die Kombination der makulären Carotinoide das größte antioxidative Potential, wenn es mit einzelnen Carotinoiden bei der gleichen Konzentration verglichen wurde. Dies scheint zu erklären, warum die menschliche Makula einzig diese drei von den circa 700 Carotinoiden enthält, die in der Natur vorhanden sind. Es wurde auch gezeigt, dass diese Kombination der Carotinoide zu einer Lichtfilterung des kurzwelligen blauen Lichtes in der Makula führt. Dies ist wichtig, da das auf der Makula auftreffende kurzwellige Licht sonst zur chromatischen Aberration und Lichtstreuung führt, Phänomene, welche die Sehfunktion negativ beeinflussen und zu verringertem Kontrastsehen führen. meso-Zeaxanthin befindet sich an der idealen anatomischen Position und besitzt die antioxidative und lichtfilternde Eigenschaften, um die Makula zu schützen und die Sehfähigkeit zu stärken.
Verwendung Carotinoide wie Zeaxanthin und Lutein werden in Kombination mit weiteren Stoffen in Nahrungsergänzungsmitteln als Mikronährstoffe für die Augen verwendet. In zwei klinischen Studien (AREDS-1 und -2) mit mehr als 7700 Teilnehmern wurde 2001 und 2013 die kombinierte Einnahme von Antioxidantien wie Vitamin C, Vitamin E, Zink- und Kupferoxid mit β-Carotin bzw. mit den makulären Carotinoiden Lutein und Zeaxanthin auf das Fortschreiten einer AMD untersucht.
Die Verwendung speziell von meso-Zeaxanthin in der Behandlung der altersbedingten Makuladegeneration wird untersucht.
Health-Claims nach der europäischen Health-Claims-Verordnung bestehen nicht.EU Register on nutrition and health claims – zeaxanthin
Industrielle Herstellung mini|Die Blütenblätter der Studentenblume sind Ausgangsmaterial für die Gewinnung von Lutein mini|Umwandlung von Lutein in meso-Zeaxanthin Industriell wird meso-Zeaxanthin aus Lutein hergestellt, welches aus Blütenblättern der Studentenblume gewonnen wird. Der Prozess besteht aus einer Verseifung bei hohen Temperaturen und einer hohen Basenkonzentration, die zur Isomerisierung der 4′-5′-Kohlenstoff-Doppelbindung zur Position 5′-6′ führt. Dies überführt den ɛ-Ring des Luteins in einen β-Ring und wandelt Lutein in meso-Zeaxanthin um. Die Stereochemie dieses Zeaxanthins wird durch die Position der Hydroxygruppe an der 3′-Position bestimmt, was zur S-Konfiguration des entstandenen Zeaxanthin-Isomers führt.A. G. Andrewes: Isomerization of epsilon-carotene to beta-carotene and of Lutein to Zeaxanthin. In: Acta Chemica Scandinavica. B 28(1), 1974, S. 137–138.A. G. Andrewes, G. L. Borch, S. Liaaen-Jensen: Carotenoids of Higher Plants 7. * On the Absolute Configuration of Lutein. In: Acta Chemica Scandinavica. B 28(1), 1974, S. 139–140. Deshalb wird durch diesen Prozess das Stereoisomer (3R.3′S)-Zeaxanthin (d. h. meso-Zeaxanthin) produziert. Die Bedingungen dieser Verseifung können so beeinflusst werden, dass die Konversionsrate von Lutein zu meso-Zeaxanthin erhöht oder verringert wird.Sunil Kumar T. K., Sherena P. Abdulkadir, Shankaranarayana Madapura Lingappiah: Xanthophyll composition containing trans, meso-zeaxanthin, trans, R, R-zeaxanthin and trans, R, R-lutein useful for nutrition and health care and a process for its preparation. 2012.
Sicherheitsstudien im Tier Wenn eine Substanz kommerziell für den menschlichen Verbrauch genutzt werden soll, muss seine Sicherheit geprüft werden. Zuerst muss gezeigt werden, dass die Substanz unschädlich für die Gesundheit von Tieren ist, selbst wenn sie in Dosen verabreicht wird, die deutlich höher sind als die gewöhnliche tägliche Aufnahme. Danach kann die Substanz in Studien am Menschen untersucht werden.
Toxizitätsstudien von meso-Zeaxanthin wurden von verschiedenen Forschergruppen durchgeführt,C. J. G. Chang: Thirteen-week oral (gavage) toxicity of meso-zeaxanthin in Han Wistar rats with a 4-week recovery. 2006. die alle die Sicherheit dieser Verbindung bestätigten.
Die Resultate dieser Studien lassen sich wie folgt zusammenfassen: Chang u. a. zeigten, dass der NOAEL (No Observed-Adverse-Effect Level) höher war als die Dosis von 200 mg/kg Körpergewicht pro Tag und damit höher als die Zufuhr mit Nahrungsergänzungsmitteln, die typischerweise bei weniger als 0,5 mg/kg Körpergewicht pro Tag liegt. Die Abwesenheit von Mutagenität wurde durch die gleiche Studie mit dem Ames-Test bestätigt. Xu u. a. schlussfolgerten aus einer 90-tägigen Ernährungsstudie in Ratten, dass meso-Zeaxanthin keine akute Toxizität und keine Genotoxizität aufweist; sowie dass die Zufuhr von meso-Zeaxanthin sicher ist bei einer Dosis von 300 mg/kg Körpergewicht pro Tag. Die Autoren verwendeten einen 100-fachen Sicherheitsfaktor und berechneten einen ADI (Acceptable Daily Intake) von 3 mg/kg Körpergewicht pro Tag für meso-Zeaxanthin. Thurnham u. a. zeigte in Ratten, dass Mengen von 2, 20 und 200 mg meso-Zeaxanthin pro kg Körpergewicht pro Tag für 13 Wochen zu keinen unerwünschten Effekten auf die Gesundheit der Tiere führten. Dies bedeutet, dass der NOAEL wenigstens bei 200 mg meso-Zeaxanthin/kg Körpergewicht pro Tag liegt, was mindestens 1400-mal höher ist als die typische Zufuhr mit Nahrungsergänzungsmitteln. Untersuchungen zur Genotoxizität zeigten die Sicherheit von 10 bis 5000 µg meso-Zeaxanthin pro Bakterien-Kulturplatte im sogenannten Ames-Test und führten nicht zu einer erhöhten Mutationsrate in fünf Bakterien-Teststämmen. Zusammenfassend kann man folgern, dass der NOAEL von meso-Zeaxanthin weit höher liegt als die Zufuhr über herkömmliche Lebensmittel.
2011 wurde von der US „Food and Drug Administration“ der GRAS-Status (GRAS: Generally Recognized As Safe) von meso-Zeaxanthin anerkannt aufgrund eines Vorschlags einer US-Firma zum Status von meso-Zeaxanthin (plus L und Z).